BÁO cáo CHỦ đề 08 STUDY ON TRANSIENT PLASMA IGNITION

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BÁO CÁO
CHỦ ĐỀ 08

STUDY ON TRANSIENT PLASMA IGNITION

SVTH : LÊ THANH TỊNH
NGUYỄN TẤT THÀNH

- 20145633
- 20145615

Khóa : 2020 - 2024
Ngành : CNKT Ơ TƠ - CLC TV
Mã lớp học : AEES330233_07CLC
GVHD : PGS. TS ĐỖ VĂN DŨNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2022

Tieu luan


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BÁO CÁO
CHỦ ĐỀ 08

STUDY ON TRANSIENT PLASMA IGNITION

SVTH : LÊ THANH TỊNH
NGUYỄN TẤT THÀNH

- 20145633
- 20135615

Khóa : 2020 - 2024
Ngành : CNKT Ơ TƠ - CLC TV
Mã lớp học : AEES330233_07CLC
GVHD : PGS. TS ĐỖ VĂN DŨNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2022

Tieu luan


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
-------***-------

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 09 năm 2022
NHIỆM VỤ BÁO CÁO
Họ và tên sinh viên:

MSSV:

1. Lê Thanh Tịnh

20145633

2. Nguyễn Tất Thành

20145615

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Ô tô

Lớp: 20145CL6

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

Ngày nhận đề tài: 08/09/2022

Ngày nộp: 22/09/2022

1. Tên đề tài: STUDY ON TRANSIENT PLASMA IGNITION
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
3. Nội dung thực hiện đề tài:
4. Sản phẩm:
TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

i

Tieu luan


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: Lê Thanh Tịnh
Nguyễn Tất Thành

MSSV:

20145633

MSSV:

20145615

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Tên đề tài: STUDY ON TRANSIENT PLASMA IGNITION
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn:

PGS. TS Đỗ Văn Dũng

NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2. Ưu điểm:
3. Khuyết điểm:
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
5. Đánh giá loại:
6. Điểm:
(Bằng chữ.................................................................................)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày…. tháng… năm 20….

Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

ii

Tieu luan


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên sinh viên: Lê Thanh Tịnh
Nguyễn Tất Thành

MSSV: 20145633
MSSV: 20145615

Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Ơ tơ
Tên đề tài: STUDY ON TRANSIENT PLASMA IGNITION
Họ và tên giáo viên phản biện:
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2. Ưu điểm
3. Khuyết điểm:
4. Đề nghị cho báo cáo hay không?
5. Đánh giá phân loại:
6. Điểm:

(Bằng chữ:

)

Tp. Hồ Chí Minh, ngày….. tháng…. Năm 20…
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

iii

Tieu luan


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ
Chí Minh. Với sự giúp đỡ của nhà trường, khoa Đào tạo chất lượng cao và nhờ sự
hướng dẫn thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng nhóm em đã hồn thành được đề tài báo cáo
về: “STUDY ON TRANSIENT PLASMA IGNITION”.
Để hoàn thành báo cáo này, nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy
Cơ khoa Cơ Khí Động Lực đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để
nhóm chúng em hoàn thành báo cáo.
Xin chân thành cảm ơn thầy PGS. TS Đỗ Văn Dũng đã giúp đỡ, định hướng
nghiên cứu cho nhóm chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Nhóm chúng
em khơng biết nói gì hơn ngoài bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến gia đình, thầy cơ, anh
chị và bạn bè đã ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ nhóm trong thời gian thực
hiện bài báo cáo.
Xin chân thành cảm ơn Thầy phản biện đã dành thời gian và công sức để đọc và
đóng góp ý kiến quý báu giúp nhóm chúng em hồn thiện nội dung báo cáo.
Xin kính chúc q thầy cô mạnh khoẻ, hạnh phúc và thành công trong sự nghiệp

trồng người vinh quang.
Xin trân trọng cám ơn !
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 08 năm 2022
Nhóm sinh viên thực hiện
Nhóm 05

iv

Tieu luan


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU ..............................................................................................1
1.1. Giới thiệu đề tài ...............................................................................................1
1.2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................1
1.3. Nội dung nghiên cứu........................................................................................1
1.4. Phương pháp ....................................................................................................1
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................................2
2.1. Khái niệm......................................................................................................2
2.2. Ưu điểm của hệ thống đánh lửa plasma .......................................................3
2.3. Phương pháp đánh lửa plasma ......................................................................4
CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN ..........................................................................................9

v

Tieu luan


DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 2.1. Hệ thống đánh lửa plasma và hệ thống đánh lửa tia lửa điện ................3
Hình 2.3.2.1. Low-Temp Plasma Ignition ..............................................................6
Hình 2.3.2.2. So sánh hệ thống tuần hồn khí thải giữa TPS và Spark Ignition ....7
Hình 2.3.3.1. Hệ thống Ionfire Plasma Ignition......................................................8
Hình 2.2.3.2. Sơ đồ lắp đặt dây hệ thống Ionfire Ignition ......................................8

vi

Tieu luan


CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU
1.1. Giới thiệu đề tài
Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ biến nguồn điện một chiều có hiệu điện thế
thấp (12V hoặc 24V) thành các xung hiệu điện thế cao (từ 12.000V đến 50.000V).
Các xung hiệu điện thế cao này sẽ được phân bố đến các buji của các xylanh đúng
thời điểm để tạo tia lửa điện cao thế đốt cháy hịa khí. Tuy nhiên ngày nay, với sự
phát triển của công nghệ đã thúc đẩy ngành ô tô phát triển nhanh chóng, cùng với đó
các hãng đã đua nhau cải tiến các hệ thống trong ô tơ, trong đó có hệ thống đánh lửa
plasma
1.2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu về hệ thống đánh lửa plasma
Mục tiêu: là nguồn tài liệu học tập và tra cứu quý giá góp phần cho q trình
học tập của sinh viên ngành ơ tơ.
1.3. Nội dung nghiên cứu
Trình bày cơ bản được khái niệm, ưu điểm, các phương pháp đánh lửa
plasma
1.4. Phương pháp
Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài nhóm chúng em có sử dụng một
số phương pháp nghiên cứu sau:

Tra cứu trong các tài liệu, giáo trình kỹ thuật, sách vở,…
Tìm kiếm thơng tin trên mạng Internet, các website trong và ngoài nước. So
sánh và chắt lọc để sử dụng những thông tin cần thiết và đáng tin cậy.
Tổng hợp và phân tích các nguồn dữ liệu thu thập được, từ đó đưa ra những
đánh giá và nhận xét của riêng mình.

1

Tieu luan


CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Khái niệm
Bên cạnh 3 trạng thái của vật chất là rắn, lỏng, khí thì vẫn còn tồn tại một
trạng thái vật chất thứ 4 là trạng thái plasma. Plasma là một trạng thái vật chất trong
đó một chất khí bị ion hóa trở nên dẫn điện cao đến mức điện trường và từ trường
tầm xa chi phối hoạt động của vật chất.
Các nhà nghiên cứu của tập đồn sản xuất link kiện ơ tơ khổng lồ FederalMogul đang phát triển một loại bu-gi mới phát ra những tia chớp plasma để đốt cháy
nhiên liệu trong buồng đốt. Bu-gi plasma kích thích các phân tử hịa khí ở gần phóng
thích các điện tử để trở thành các ion. Những ion trái dấu khi tương tác kết hợp với
nhau sẽ tạo nên phản ứng cháy.
Federal-Mogul cho biết, cơng ty đã có những ngun mẫu bu-gi plasma và
hiện đã có 10 cơng ty sản xuất ơ tơ đang dùng thử thiết bị tạo ra dòng điện cao tầng
cường độ mạnh có tên Advanced Corona Ignition System (ACIS) để kích hoạt bugi plasma.
Bu-gi tia lửa điện (cịn được gọi là bu-gi hồ quang điện) hiện đang sử dụng
rộng rãi ở động cơ xăng đã ra đời từ cách đây 100 năm. Bu-gi tia lửa điện tạo ra 1
tia hồ quang giữa 2 điện cực và tia hồ quang chỉ dài khoảng 1 mm. Trong khi đó bugi plasma tạo ra được nhiều tia plasma với chiều dài mỗi tia 25 mm giúp đốt cháy
trọn vẹn hịa khí với tốc độ nhanh hơn.

2

Tieu luan


Hình 2.1: Hệ thống đánh lửa plasma và hệ thống đánh lửa tia lửa điện
2.2. Ưu điểm của hệ thống đánh lửa plasma
Bu-gi thuyền thống tạo ra mồi lửa bằng cách phóng dịng điện cao áp qua
hai điện cực. Q trình cháy lan dần ra từ vị trí phóng điện ra bên ngồi. Áp suất khí
tăng dần theo tốc độ cháy, đẩy pít-tơng đi xuống trong kỳ cháy giãn nở. ACIS tạo ra
một nguồn châm cháy rộng dưới dạng plasma khí (một dạng tồn tại của vật chất, ở
đó ngun tử, phân tử mất đi hầu hết các electron).
Quá trình ion hóa kích thích hỗn hợp hịa khí trong buồng đốt khiến chúng
bắt lửa và tốc độ cháy lan rộng nhanh chóng. Nhiệt độ của plasma cực cao, cho dù
hỗn hợp nghèo nhiên liệu cũng có thể cháy được dễ dàng tạo ra hiệu suất nhiên liệu
cao, động cơ cháy sạch hơn.
Theo Federal-Mogul những ưu điểm của ACIS là:
Giảm tiêu hao nhiên liệu 10%.
Ở những xe sử dụng khí thốt bổ sung vào khơng khí được hút vào
buồng đốt để tạo ra hỗn hợp hịa khí nghèo oxy và nhiên liệu nhằm giảm khí
3

Tieu luan


thải CO2 và NO2, ACIS có thể giúp tăng tỷ lệ khí thốt (EGR) trong hịa khí từ
25% lên 35%.
Tăng chỉ số λ từ 1.5 lên 1.8.
Plasma tồn tại trong thời gian ngắn nhưng mạnh. Trong khi bu-gi truyền
thống cần đến 2 hoặc 3 mi-li giây để châm cháy thì plasma chỉ cần 100 – 200
mi-crơ giây.

Rút ngắn góc đánh lửa sớm hơn hay chậm hơn 5 độ.
Với tính chất phóng nhanh và đốt nhanh của tia plasma, ACIS cho phép
phát huy tối đa hiệu quả của hệ thống đánh lửa tối ưu (Ignition Optimization
System).
Ngoài việc lắp ráp bộ cung cấp điện cao tần cường độ mạnh thay cho
bô bin hiện thời và thay đổi đường kính vị trí gắn bu-gi 14 mm hiện thời thành
12 mm, cấu trúc động cơ xăng hiện tại hoàn toàn phù hợp để sử dụng bu-gi
plasma.
2.3. Phương pháp đánh lửa plasma
Phương pháp thay đổi cách đánh lửa truyền thống thay vì sử dụng bu-gi đánh
lửa, sẽ sử dụng 1 thiết bị (module, không dùng bu-gi) để tạo ra 1 chùm tia plasma có
nhiệt độ cao hoặc vẫn sử dụng bu-gi nhưng đổi tụ hoặc sử dụng hệ thống đánh lửa
Ionfire.
Để có thể điều chỉnh ngọn lửa ấy và hạn chế tình trạng lượng nhiên liệu cháy không
sạch, người ta dùng phương pháp Plasma Ignition nhằm làm cho ngọn lửa tăng lên
gấp bội lần.
2.3.1. Bugi điều chỉnh tụ
Hệ thống đánh lửa tiêu chuẩn có thể đạt hiệu suất thấp tới 0,01% trong việc
chuyển đổi công suất thành tia lửa điện tại khoảng trống, sử dụng hầu hết các động
cơ chạy bằng xăng trên thế giới. Tuy nhiên, với việc sử dụng tụ điện trong việc

4

Tieu luan


chuyển đổi công suất đánh lửa tiêu chuẩn thành tia lửa điện, hiệu quả đã được nâng
lên đến 50%.
Ở cách Bugi điều chỉnh tụ xuất hiện nhiều chùm tia lửa điện (tia plasma)
tăng lên rất cao. Việc điều chỉnh ngọn lửa này có giới hạn bởi vì nếu lạm dụng sẽ

làm cho chân bu-gi nóng chảy. Một phần vật liệu thiết kế bugi khơng thể chịu được
đến nhiệt độ đó. Vì thế, cách làm này có thể gây cháy xupap, cháy miệng piston.
Cách làm này người ta mắc nối tiếp 3 tụ 220pf/15kV. Nếu muốn tăng lửa hơn nữa,
ta cần mắc song song 3-4 dàn tụ trên. Khi mắc đến chuỗi thứ 4, bugi bị chảy và hư
hỏng.
2.3.2. Low-Temp Plasma Ignition
Đó là sử dụng cáp kết nối TPS nối với Ignition Module (Plasma Plugs). Tất
cả sẽ được điều chỉnh bởi 1 hộp đen TPS Power Supply dành riêng cho hệ thống
đánh lửa, việc điều chỉnh được quyết định bởi hộp ECU của động cơ. Phương pháp
đánh lửa này không làm nhiệt độ buồng đốt tăng cao, nhiệt độ bốc cháy chỉ ở mức
dưới 600 độ C, nhưng bù lại sự lan truyền ngọn lửa nhanh hơn nhiều lần so với bugi
truyền thống. Do đó, lượng hồ khí bên trong xy lanh được đốt cháy triệt để hơn.
Khí NOx sinh ra sẽ ít hơn và hình thành muội than gần như không đáng kể. Phương
pháp này được biết đến như cách làm phá vỡ cấu trúc và thu nhỏ hạt NOx giống như
O2. Từ đó, nhiệt toả ra ít hơn, hiệu suất nhiệt phanh được cải thiện, giảm lượng khí
thải CO và NOx, và khả năng chạy nhiều tuần hồn khí thải.
Tuy nhiên, hệ thống mới chỉ được thử nghiệm bởi phịng thí nghiệm quốc
gia Argonne trong động cơ Cummins I6. Mặc dù hệ thống đánh lửa TPS có thể đốt
cháy hỗn hợp nhiên liệu khơng khí có tỷ lệ 25: 1, nhưng lượng khơng khí dư thừa đó
vẫn làm phức tạp việc kiểm sốt khí thải. Vì vậy để có thể sử dụng phương pháp này
bắt buộc phải pha loãng hỗn hợp hồ khí có nhiều khí trơ dư thừa.

5

Tieu luan


Hình 2.3.2.1: Low-Temp Plasma Ignition
Cách làm này khơng gây mất mát nhiều công suất động cơ. Bộ đánh lửa
Plasma TPS cũng có thể tăng sức mạnh. Q trình đốt cháy nhanh hơn cho phép

giảm lượng tia lửa trước. Do đó, q trình đốt cháy xảy ra ít hơn trong khi piston
vẫn di chuyển lên trong xi lanh, để lại nhiều áp suất kỳ nổ nhiều hơn. Hệ thống này
sẽ thay thế cuộn dây và bu-gi đánh lửa, có thể tiết kiệm nhiên liệu từ 10 đến 15%.
Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều công việc phát triển trong tương lai về hệ thống này và
độ tin cậy vẫn chưa được xác thực chính thống. Các plasma Plugs này khơng thể
chịu được lõi điện trở, do đó sẽ cần phải có lớp cách điện khác để ngăn nhiễu sóng
vơ tún (điều mà ở bu-gi đã có lớp gốm sứ cách điện).

6

Tieu luan


Hình 2.3.2.2: So sánh hệ thống tuần hồn khí thải giữa TPS và Spark
Ignition

2.3.3. Ionfire Plasma Ignition
Ionfire là một bộ khuếch đại tia lửa điện áp cao DC xung, được thiết kế để
hoạt động với bất kỳ hệ thống đánh lửa ô tô hiện nay.
Tia lửa điện đánh lửa thông thường là một tia plasma mỏng được tạo thành
từ các phân tử khơng khí bị ion hóa chạy vịng quanh các điện cực của bu-gi. Thông
thường, tia lửa điện cao thế này có dịng điện cực đại khoảng 200 miliampe. Hệ
thống Ionfire bao gồm một module điều khiển năng lượng tạo ra một xung dòng điện
cao khoảng 135 ampe qua khe hở tia lửa mỗi khi tia lửa điện áp cao đi đến qua các
bugi.
Do đó, nó sẽ khuếch đại năng lượng của tia lửa ban đầu từ 12 đến 25 watt thành tia
lửa khuếch đại dòng điện xung plasma có cơng suất cực đại qua khe hở tia lửa điện
(tính bằng megawatts). Hệ thống này tương thích với bất kỳ hộp CDI (Capacitive
Discharge Ignition - Đánh lửa kiểm soát bằng tụ điện). Ở hệ thống này có thể tăng
7

Tieu luan


làm tăng mã lực và cơng suất, thích hợp cho các xe đua, xe cơ bắp hay xe sử dụng
nhiên liệu CNG. Điểm khác biệt của Ionfire Plasma là ở số vòng quay động cơ càng
cao, chất lượng chùm tia lửa càng cao và tia lửa càng nhiều. Số vòng quay động cơ
tối thiểu để có thể hiệu quả ở phương pháp đánh lửa này là 3000 RPM trở lên.

Hình 2.3.3.1: Hệ thống Ionfire Plasma Ignition

Hình 2.3.3.2: Sơ đồ lắp đặt dây hệ thống Ionfire Ignition
8

Tieu luan


CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN
Hệ thống đánh lửa Plasma đem lại nhiều ưu điểm vệ mặt tiết kiệm nhiên liệu, tốc độ
đánh lửa nhưng hệ thống này vẫn chưa được sử dụng rộng rãi bởi khả năng đốt sạch
của nó, dẫn đến sự ngưng tụ carbon và muội than ít hơn so với hệ thống đánh lửa
bằng tia lửa điện. Hầu hết các hãng xe đều kiếm lợi nhuận bằng các bảo dưỡng, sửa
chữa, thay thế những vấn đề do muội than gây ra bên cạnh việc bán xe. Hệ thống
Plasma này khơng phải khơng phổ biến, nó đã từng xuất hiện ở cuối những năm
1970 và được nhiều dòng xe độ công suất cao sử dụng. Tuy nhiên, với xe hiện đại
ngày này, phương pháp này khơng cịn hiệu quả và phổ biến nữa.

9

Tieu luan

10

Tieu luan